[发明专利]一种基于约束反演的管道异常碰撞二维定位方法及系统

权利要求书

1.一种基于约束反演的管道异常碰撞二维定位方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、在管道周向布置传感器阵列2； ，每组传感器阵列由N个传感器组成，其中， ；

S2、根据步骤S1中传感器阵列接收的异常碰撞产生的声波信号，并计算每组传感器阵列的到时 ；

S3、将管道近似几何模型由柱坐标系转换为平面坐标系，实现管道的二维定位；

S4、根据步骤S3构建带约束因子的反演目标函数；

S5、根据S2中获得的传感器阵列到时集合，利用最小二乘法计算S4中反演目标函数得到传感器阵列最小二乘解；

S6、对比S5中得出的传感器阵列到时集合对应的最小二乘解，其中不同传感器阵列得出的元素相等的解即为反演得到的异常碰撞点的平面坐标位置，将其进行坐标转换，得出柱坐标系下异常碰撞点的二维坐标。

2.根据权利要求1所述一种基于约束反演的管道异常碰撞二维定位方法，其特征在于，步骤S4中，反演目标函数为： ，其中 为平面坐标系下碰撞点的坐标， 为平面坐标系下传感器的坐标，为管道中声波传播速度，为目标函数约束因子， ，其中，b为B点到C点的沿管道外径的周向距离；为到时集合 和 中的一个。

3.根据权利要求1或2所述一种基于约束反演的管道异常碰撞二维定位方法，其特征在于，所述步骤S5中最小二乘计算方法为：利用传感器阵列的到时集合 和 ，运用最小二乘法得到满足集合 的最小二乘解 和 ，得到满足集合 的最小二乘解 和 ，其中， 。

4.一种基于约束反演的管道异常碰撞二维定位系统，其特征在于，所述系统包括传感阵列布置模块、接收计算到时模块、坐标系转换模块、构建目标函数模块、最小二乘法计算模块、对比模块；

传感器阵列布置模块，在管道周向布置传感器阵列 ， ，每组传感器阵列由N个传感器组成，其中， ；

计算到时模块，根据传感器阵列接收的异常碰撞产生的声波信号，并计算每组传感器阵列的到时 ；

转换模块，将管道近似几何模型由柱坐标系转换为平面坐标系，实现管道的二维定位；

构建函数模块，根据平面坐标系构建带约束因子的反演目标函数；

最小二乘法计算模块，根据获得的传感器阵列的到时集合，利用最小二乘法计算反演目标函数得到传感器阵列的最小二乘解；

对比模块，对比得出的传感器阵列到时集合对应的最小二乘解，其中不同传感器阵列得到的元素相等的两个解即为反演得到的异常碰撞点的平面坐标位置，将其进行坐标转换，得出柱坐标系下异常碰撞点的二维坐标。

5.根据权利要求4所述一种基于约束反演的管道异常碰撞二维定位系统，其特征在于，构建函数模块中反演目标函数为： ，其中 为平面坐标系下碰撞点的坐标， 为平面坐标系下传感器的坐标， 为管道中声波传播速度，为目标函数约束因子， ，其中，b为B点到C点的沿管道外径的周向距离； 为到时集合和中的一个。

6.根据权利要求4或5所述一种基于约束反演的管道异常碰撞二维定位系统，其特征在于，最小二乘法计算模块中最小二乘计算方法为：利用传感器阵列的到时集合 和，运用最小二乘法得到满足集合 的最小二乘解和，得到满足集合的最小二乘解 和，其中， 。